Wie du mit dem Audio PC die Akustik verbessern kannst

Wenn es nicht richtig klingen will, kaufen viele einfach neue Geräte und Kabel und hoffen auf eine Verbesserung. Das ist auf lange Sicht ziemlich teuer und unbefriedigend, weil das grundlegende Problem nicht gelöst wird. Oft ist es nämlich die Raumakustik, welche die Grenzen setzt.

Der Schall und die Raummoden

Die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft von 20 °C beträgt rund 343 m/sec (meter pro sekunde). Der Hörbereich des Menschen liegt zwischen 20 Hz bis bestenfalls 20 kHz. Mit diesen Festlegungen lassen sich einige Berechnungen durchführen.

Die Schallgeschwindigkeit 343 m/sec geteilt durch die Frequenz ergibt die Wellenlänge. Ein Beispiel für 43 Hz:

• 343 m/sec : 43 Hz = rund 8 m (7,98 m) Wellenlänge

Raummoden entstehen durch Reflexionen von Schallwellen an den Wänden, Decken und Böden eines Raums. Diese Reflexionen führen dazu, dass sich Wellen in bestimmten Bereichen des Raums verstärken und in anderen Bereichen abschwächen. Bei einer halben Wellenlänge (hin und zurück) zwischen zwei parallelen Wänden tritt eine Erhöhung der Lautstärke (Peak) auf. Sind parallele Wände zum Beispiel 4 m voneinander entfernt, wirst du einen Peak bei 43 Hz haben.

• 343 m/sec : 43 Hz = 8 m : 2 = bei 4 m Raummode Maximum

Eine 1/4 Wellenlänge Wandabstand bewirkt beim Hin-und Rücklauf 1/2 Wellenlänge Versatz, also Auslöschung (Dip).

• 343 m/sec : 43 Hz = 8 m : 4 = bei 2 m Raummode Auslöschung

Die Berechnungen oben sind sehr vereinfacht und dienen nur zur Veranschaulichung. Wer seinen Raummoden mit fiktiven Lautsprechern simulieren möchte, kann das zum Beispiel mit dem Hunecke  Lautsprecher-Rechner durchführen.

Noch besser ist die Messung mit einem Akustikrechner wie zum Beispiel Acourate. Im Bild oben sind zwei Frequenzgänge abgebildet. Dabei sticht in der blauen Kurve eine Bassmode bei 60 Hz hervor. Ohne Korrektur (die rote Kurve) würde der Bass dröhnen und andere Frequenzbereiche insbesondere im Mittel- und Hochton überdecken.

Nachhall

Wenn ich einen Hörraum betrete mache ich gern einen Klatschtest. Hallt das Klatschen nach ist es ein Indiz für eine zu hohe Nachhallzeit. Das ist insbesondere in modern eingerichteten Räumen ein Problem. Große schallharte Fensterflächen, Böden ohne Teppich und eine karge Möblierung reduzieren die Sprachverständlichkeit und das Musik hören macht keinen Spaß.

Im Bild unten ist das Ergebnis der Raummessung mit Acourate zu sehen. Die Nachhallzeit ist mit durchschnittlich 0,4 sec nicht zu trocken und nicht zu hoch. Übersteigt der Nachhall 0,6 sec wird die Raumakustik schlechter.

Direktschall und Diffusschall

Der Direktschall bezieht sich auf den Schall, der direkt von der Schallquelle zum Hörer gelangt, ohne dabei von anderen Objekten im Raum reflektiert oder gestreut zu werden. Der Direktschall ist in der Regel der lauteste und klarste Teil des Schalls, den wir hören. Dies ist besonders wichtig in Situationen wie Konzerten oder Vorträgen, bei denen es wichtig ist, dass die Zuhörer die Sprache oder die Musik klar und deutlich hören.

Der Diffusschall hingegen beschreibt den Schall, der von den Wänden, Decken und anderen Oberflächen im Raum reflektiert und gestreut wird, bevor er den Hörer erreicht. Überlagert der Diffusschall den Direktschall, leidet darunter die Ortbarkeit der Schallereignisse. Bei zwei identische Klängen von zum Beispiel Sprache oder Klaviermusik findet im menschlichen Gehirn eine Verschmelzung der Schallereignisse statt, wenn die Verzögerung weniger als 40 ms beträgt. Wenn die Verzögerung länger als 40 ms ist, hören wir den zweiten Ton als Echo. Dieser Schwellenwert von 40 ms entspricht einer Reichweite von 14 m:

• 343 m/sec : 1000 ms x 40 ms = rund 14 m (13,72 m) Wellenlänge

Für das menschliche Gehirn sind daher frühe Raumreflexionen in typischen Räumen nicht von direktem Lautsprecherschall zu unterscheiden. Deshalb ist es wichtig den Direktschallanteil zu erhöhen. Oft helfen schon einfache Maßnahmen. Den Fernseher beim Musik hören mit einer Decke zu verkleiden hat für viele einen positiven Effekt gebracht. Vorhänge können den Raum wohnlicher machen und haben positive Effekte auf den Direktschall und die Nachhallzeit. Ein Teppich vor den Lautsprechern ist bei manchen umstritten, für mich gehört das zu einer guten Akustik dazu. Wer es kann und darf installiert Deckensegel und Wandabsorber und Wanddiffusoren. Ein Regal für Schallplatten und Bücher wirkt auch sehr wohnlich und ist gleichzeitig Absorber und Diffusor in einem.

Kohärenz (IACC Interaural Coherence Coefficient)

Für die Stereowiedergabe ist die Kohärenz der zwei Lautsprecher, also die Gleichartigkeit der Schallwiedergabe, sehr wichtig. Die IACC-Werte lassen Rückschlüsse auf die Qualität der Stereo-Abbildung zu. Diese werden durch den Lautsprecher selbst (Paargleichheit), wie auch durch die Akustik des Raumes beeinflusst. Sowohl die Aufstellung der Lautsprecher als auch akustische Maßnahmen lassen sich mit Vergleichen des IACC optimieren. Die wichtigsten Werte sind:

• IACC10: Der eintreffende Schall in den ersten 10ms sollte für eine gute Stereoabbildung möglichst einen Wert über 80% erreichen. Lautsprecher mit einem hohen Bündelungsgrad (Hornsysteme, Waveguides) erreichen hier bauartbedingt hohe Werte.
• IACC20: Der eintreffende Schall der ersten 20ms besteht aus Direkt- und dem ersten eintreffenden Diffusschall. Für die Stereo-Abbildung sollten frühe Reflexionen in den ersten 20ms vermieden werden. Treffen diese aus dem linken und rechten Kanal unterschiedlich ein verringert sich der IACC-Wert. Werden diese erkannt und durch geeignete akustische Maßnahmen ausgeschaltet erhöhen sich die IACC-Werte.

Im Bild unten wird im IACC10 ein sehr hoher Wert von rund 94% erreicht. Dabei wurden die Lautsprecher mit identischen Rück- und Seitenwandabständen zentimetergenau auf den Hörplatz ausgerichtet und an den Wänden wurden kombinierte Wandabsorber-/ und Diffusoren angebracht. Der Raum war hinter dem Hörplatz offen. Meine Tipps:

• Vermeide Hörsessel mit einer hohen Rückenlehne auf Ohrhöhe, sonst hörst du viel Diffusschall.
• Lasse den Hörbereich zwischen dir und den Lautsprechern (Stereodreieck) frei. Also zum Beispiel kein (reflektierender) Glastisch.

Lautsprecherkorrektur

Eines der Probleme bei Mehrwegesystemen von Lautsprechern ist die akustische Phase, beziehungsweise das Timing der unterschiedlichen Chassis. 

Die Phase gibt den zeitlichen Verlauf einer Schwingung an und wird in Winkelgrad gemessen. 360° entsprechen einer ganzen Schwingung und 180° einer halben. Die Phasenlage der Lautsprecherchassis zueinander ist entscheidend, ob der Frequenzgang verstärkt, gedämpft oder gar komplett ausgelöscht wird. Die Auslöschung erfolgt bei einer Phasendifferenz von 180°, da dort ein Wellenberg mit einem Wellental zusammenfällt. Phasendifferenzen entstehen bei Mehrwegekonstruktionen, bei denen typischerweise der Hochtöner vorauseilt und Mittel- und Basschassis hinterherlaufen. 

Im Bild unten ist links am Beginn in der Sprungantwort zu erkennen, dass der Hochtöner in einer umgekehrten Polarität zuerst kommt, und dann die Mittel- und Basschassis. Der Nachteil dieser Messung ist, dass nur ein Lautsprecher abgebildet wurde.

Wichtig ist auch hier die Kohärenz beider Lautsprecher. Unten ist das deutliche Auseinanderlaufen der linken und rechten Sprungantwort zu sehen. Das liegt nicht an den Lautsprechern, sondern an der unsymmetrischen Aufstellung im Raum.

Für die hörplatzindividuelle Anpassung der akustischen Phase gibt es unterschiedliche Wege. Lautsprecherhersteller schrägen zum Beispiel die Schallwand an und positionieren so den Hochtöner ewtas weiter nach hinten. Oder der Hochtöner kann über eine Mechanik individuell eingestellt werden. Das Verschieben ändert jedoch eventuell auch den Frequenzgang.

Eine sehr effiziente Möglichkeit stellt die digitale Korrektur über einen Audio PC dar. Dies kann mit der digitalen Korrektur der Raumakustik gleich in einem Schritt erledigt werden. Im Bild unten bringt die digitale Korrektur mit Acourate alle Lautsprecherchassis auf eine Linie. Die Sprungantwort beider Lautsprecher wird perfekt synchronisiert. 

Maßnahmen zur Verbesserung der Raumakustik

Ein grundlegendes Verständnis zur Raumakustik ist sehr hilfreich, um die notwendigen Maßnahmen zur Verbesserung durchführen zu können. Lautsprecher sollen einen ausreichenden Abstand zur Rück- und Seitenwand haben, um den Raum nicht zu sehr anzuregen. Gewisse Raummoden können aber nicht durch Schieben und Rücken der Lautsprecher kompensiert werden. Denn wir reden hier ab 20 Hz von Wellenlängen von bis zu 17 Metern!

• 343 m/sec : 20 Hz = rund 17 m (17,15 m) Wellenlänge

Soweit möglich sollen Raummoden durch räumliche Maßnahmen, zum Beispiel durch Bassabsorber, verringert werden. Am wirkungsvollsten und genauesten und vor allem am unauffälligsten ist meiner Meinung nach die digitale Korrektur.

Die Nachhallzeit, als auch den Direkt-/ und Diffusschallanteil kannst du nicht digital korrigieren, aber dafür messen. Hier helfen dann raumakustische Hilfsmittel wie Vorhänge, Teppiche, Deckensegel, Wandabsorber und Diffusoren, die wohnlich gestaltet werden können.

Für die Kohärenz ist ein Zollstock nützlich. Stelle die Lautsprecher möglichst mit den gleichen Seiten- und Rückenwandabständen auf. Bei Mehrwegesystemen hilft dir die digitale Korrektur weiter. Die Sprungantwort soll nicht nur bei einem Lautsprechern gut sein, sondern deckungsgleich mit dem anderen.

Mit dem fis Audio PC hast du nun mehrere Möglichkeiten. Du kannst ein Messprogramm darauf installieren. Zum Beispiel das oft erwähnte Programm Acourate. Es gibt auch teils kostenlose Messprogramme wie zum Beispiel REW oder CARMA. Das dazugehörige Messequipment ist kostengünstige Studiotechnik und besteht aus einer DAW (Digital Audio Workstation) und einem Mikro. Mit dem Akustikprogramm erstellst du die Korrekturfilter und bindest sie in die Abspielsoftware wie zum Beispiel Roon oder HQPlayer ein.